WO2001088232A1 - Fluidleitungsstück mit innentemperierung - Google Patents

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WO2001088232A1
WO2001088232A1 PCT/EP2001/004353 EP0104353W WO0188232A1 WO 2001088232 A1 WO2001088232 A1 WO 2001088232A1 EP 0104353 W EP0104353 W EP 0104353W WO 0188232 A1 WO0188232 A1 WO 0188232A1
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fluid line
fluid
temperature control
working fluid
line piece
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PCT/EP2001/004353
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Stefan Zikeli
Friedrich Ecker
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Zimmer Aktiengesellschaft
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17D—PIPE-LINE SYSTEMS; PIPE-LINES
    • F17D1/00—Pipe-line systems
    • F17D1/08—Pipe-line systems for liquids or viscous products
    • F17D1/16—Facilitating the conveyance of liquids or effecting the conveyance of viscous products by modification of their viscosity
    • F17D1/18—Facilitating the conveyance of liquids or effecting the conveyance of viscous products by modification of their viscosity by heating
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D01—NATURAL OR MAN-MADE THREADS OR FIBRES; SPINNING
    • D01D—MECHANICAL METHODS OR APPARATUS IN THE MANUFACTURE OF ARTIFICIAL FILAMENTS, THREADS, FIBRES, BRISTLES OR RIBBONS
    • D01D1/00—Treatment of filament-forming or like material
    • D01D1/06—Feeding liquid to the spinning head
    • D01D1/09—Control of pressure, temperature or feeding rate
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D01—NATURAL OR MAN-MADE THREADS OR FIBRES; SPINNING
    • D01F—CHEMICAL FEATURES IN THE MANUFACTURE OF ARTIFICIAL FILAMENTS, THREADS, FIBRES, BRISTLES OR RIBBONS; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED FOR THE MANUFACTURE OF CARBON FILAMENTS
    • D01F2/00—Monocomponent artificial filaments or the like of cellulose or cellulose derivatives; Manufacture thereof

Definitions

  • the invention relates to a fluid line piece for a modular fluid line system for the passage of a crystallizing, heat-sensitive working fluid, such as a synthetic polymer, a cellulose derivative or a solution of cellulose, water and amine oxide, with a working fluid line area through which the working fluid flows.
  • a crystallizing, heat-sensitive working fluid such as a synthetic polymer, a cellulose derivative or a solution of cellulose, water and amine oxide
  • Such fluid line pieces are known as simple pipelines and are conventionally used in spinning systems in which the working fluid is spun as a molding compound into shaped bodies.
  • the working fluid is usually transported from a reaction vessel in which it is mixed together to a spinneret, where it is spun, through the fluid line piece.
  • the working fluids used are heat-sensitive and tend to spontaneously exotherm if a certain maximum temperature in the fluid line piece is exceeded or if the working fluid is stored for too long below this maximum temperature.
  • the working fluids that can be considered in the present invention have an overall very high, temperature-dependent viscosity.
  • the viscosity drops with increasing temperature and increased shear rate.
  • a working fluid that is particularly suitable for spinning is a molding composition which consists of a spinning solution containing cellulose, water and a tertiary amine oxide, for example N-methylmorpholine N-oxide (NMMO) and stabilizers for thermal stabilization of the cellulose and the solvent and, if appropriate, other additives such as eg Titanium dioxide, barium asulfate, graphite, carboxymethyl celluloses, polyethylene glycols, chitin, chitosan, alginic acid, polysaccharides, dyes, antibacterial chemicals, flame retardants containing phosphorus, halogens or nitrogen, activated carbon, carbon black or electrically conductive carbon black, silica, organic solvents as diluents contains.
  • NMMO N-methylmorpholine N-oxide
  • the fluid line piece For the transport of the working fluid, the fluid line piece must on the one hand be heatable, so that the viscosity of the working fluid drops and the working fluid can be conveyed through the fluid line piece with low losses.
  • the temperature temperature should not be too high to avoid decomposition and spontaneous exothermic reaction of the working fluid.
  • a velocity profile that is as uniform as possible should form over the flow cross section of the fluid line piece through which the working fluid flows, in order to ensure a uniform flow through the fluid line piece.
  • EP 0 668 941 B1 proposes to control the temperature in the center of the pipe and / or on the inner wall of a piece of fluid line in accordance with the formulas given there.
  • a cooling medium is passed through a cooling jacket surrounding the working fluid line area.
  • the cooling medium dissipates the heat from any exothermic reactions that may occur from the working fluid and cools the outer region of the fluid flow.
  • the invention is therefore based on the object of creating a fluid line piece which has an improved efficiency in the flow through the working fluid and which enables a more direct influence on the temperature-dependent properties of the working fluid.
  • this object is achieved for a fluid line piece of the type mentioned at the outset in that the working fluid line region has an essentially annular flow cross section and in the center of the fluid line piece, in place of the core flow of the working fluid, a temperature control device for controlling the temperature of the working fluid is arranged inside the fluid line piece is.
  • the temperature of the external fluid can thus be influenced very well over the entire flow cross section.
  • the temperature control device takes up the position of the core flow and enables the temperature of the working fluid to be controlled from inside the flow.
  • the working fluid and thus the temperature-dependent properties control the working fluid more precisely, the flow losses can be reduced.
  • the temperature-control device in contrast to the solution pursued in EP 0 668 941 B1, in which the core temperature can only be influenced indirectly by cooling the outside temperature, the temperature-control device according to the invention, around which the working fluid flows, means that the inner region of the working fluid is directly in it Temperature can be influenced.
  • the thickness of the flow cross-section to be temperature-controlled is also reduced: in the method of EP 0 668 941 A1, the thickness of the layer to be temperature-controlled corresponds to that of the inner diameter of the working fluid line area , According to the invention, the layer thickness of the working fluid to be tempered only corresponds to the wall thickness of the annular flow cross section. The reduced layer thickness reduces the time constants for heat transfer.
  • the temperature control device can serve both for cooling and for heating the working fluid, depending on whether the temperature of the temperature control device is higher or lower than the temperature of the working fluid.
  • the temperature of the temperature control device can also be controlled such that certain sections of the temperature control device act as cooling sections and other sections as heating sections.
  • the temperature of the working fluid averaged over the flow cross section of the working fluid line region serves as the reference temperature of the working fluid.
  • the temperature control device is designed as an inner tube which is arranged coaxially to the working fluid line region and through which a temperature control fluid flows.
  • a temperature control fluid for example, a more uniform heat transfer can be achieved without large local temperature differences compared to electrical heating.
  • the cooling or heating of the working fluid by the tempering fluid flowing through the tempering device can take place in countercurrent or cocurrent.
  • the directions of flow of working fluid and temperature control fluid are essentially rectified in direct current. In countercurrent, the flow directions of working fluid and temperature control fluid are essentially opposite.
  • a temperature jacket section can also be provided, which at least partially surrounds the working fluid line area.
  • a temperature control device which acts directly on the inner region of the flow, and a further temperature control device which acts on. affects the outside of the flow. Both tempering devices together have a significantly increased area for heat transfer compared to the prior art.
  • a temperature control fluid can flow through the temperature control jacket section.
  • the heat transfer area between the working fluid and the temperature control fluid is significantly increased.
  • the increased heat transfer area causes a large heat flow through the respective jacket surfaces. Due to the faster heat transfer, the temperature difference between the temperature control fluid and the working fluid can be reduced. The temperature and thus the viscosity of the working fluid can be controlled far more precisely than was previously possible in the prior art.
  • the temperature control fluid in the temperature control jacket section has a temperature that is controlled independently of the temperature control fluid in the temperature control device. Regardless of the temperature control device, the temperature control jacket section can be used for cooling or heating in cocurrent or countercurrent. In order to keep the heat transfer between the fluid line piece and its surroundings as low as possible, it can be provided in a further advantageous embodiment that the working fluid line section is covered at least in sections by a heat insulation layer.
  • the temperature control device is flushed with the working fluid.
  • this is achieved in that the fluid line piece has a spacer which extends from the temperature control device into the working fluid to the inner wall of the working fluid line piece.
  • any number of spacers can be provided in a favorable arrangement. Separate heating of the spacers is also possible.
  • the spacers can have an essentially streamlined cross section.
  • the heat transfer area can be enlarged again if the temperature-control fluid also flows through the spacer. This can also act directly on the working fluid that does not come into direct contact with the temperature control device or the temperature control jacket section. At the same time, this solution enables a structurally simple possibility of supplying the temperature control device with temperature control fluid.
  • the inner diameter of the fluid line piece is denoted by D A and the outer diameter of the temperature control device by Dj, where D A corresponds to the outer diameter and Di the inner diameter of the annular working fluid line area, and an adequate fluid line diameter D AD TO V (D A 2 - D
  • This ratio is preferably less than 0.5, particularly preferably less than 0.4.
  • the spacer is arranged at an end of the fluid line piece located in the direction of passage of the working fluid.
  • the fluid line piece can have at least one connection section at at least one end located in the flow direction of the working fluid, which is configured in such a way that the fluid line piece can be connected to other fluid line pieces.
  • the temperature control fluid for the temperature control device can be supplied at the connecting section.
  • the connecting section can have at least one temperature control fluid opening, through which the temperature control fluid can be supplied to the temperature control device from outside the fluid line piece.
  • a separate supply of the individual fluid line pieces with temperature control fluid can be omitted if the temperature control device has at least one end in the direction of flow of the working fluid with a passage opening for the temperature control fluid in the temperature control device, which cannot be connected to a corresponding passage opening of another fluid line piece.
  • the temperature control devices of fluid line pieces connected in series are directly connected to one another.
  • corresponding receiving means can be provided at the respective passage openings.
  • a further fluid line piece is connected to the fluid line piece, which piece does not have a piece according to the invention inner tempering device is provided.
  • a closure means can be provided which can be attached to the passage opening for the temperature control fluid of the inner heating section and through which the passage opening can be sealed.
  • the closure means prevents the temperature control fluid from escaping into the working fluid.
  • the closure means has an essentially streamlined outer shape.
  • the closure means can be arranged at an end of the temperature control device located in or against the direction of passage of the working fluid.
  • the fluid line piece can take on any functional form customary in line technology.
  • the fluid line piece according to the invention can be designed as a straight or arbitrarily curved pipe section, which has a connection section for connecting two further fluid line sections at each end located in the flow direction of the working fluid.
  • the working fluid can be transported over long distances with a precisely controllable temperature profile.
  • the fluid line piece can also be equipped as a distributor piece with at least three connecting sections for connecting further fluid line pieces.
  • Such distributor pieces can be designed, for example, in a Y shape, in a T shape or in any other three-dimensional shape.
  • the fluid line piece is an end piece with only one connecting section for connecting only one further fluid line piece.
  • the one passage opening for the working fluid is expediently closed.
  • the fluid line piece can also be designed as a reducer, the flow cross-section of which the working fluid flows is smaller at one end in the direction of flow of the working fluid than at the end opposite in the direction of flow. set end.
  • a reducer can be used to create transitions between different fluid line systems.
  • the fluid line piece can have a built-in mixing reactor for treating the working fluid and for influencing the polymer characteristics.
  • the fluid line piece can also have one or more fluid filter groups for filtering the working fluid.
  • the invention is not restricted to the special type of temperature control fluid. Liquids and gases can be used as the temperature control fluid.
  • any material which is corrosion-resistant with respect to the working fluid and pressure-resistant with regard to the possible exothermic reactions can be used as the material for the temperature control device, the working fluid line section or the temperature-jacket section.
  • a possible material is steel or stainless steel or chromed steel or stainless steel.
  • the outer wall of the temperature control device or the inner wall of the working fluid line area can be machined particularly smoothly or be provided with a friction-minimizing coating.
  • the invention also relates to a modular fluid line system which is constructed from at least two fluid line pieces which can be connected in series according to one of the configurations described above.
  • the fluid line system can furthermore have a regulating or shut-off device which serves to control the working fluid.
  • the control or shut-off device can be fed via the temperature control fluid supply system.
  • the temperature control device can be constructed as a separate part to which a conventional fluid line piece or a conventional line pipe can be attached.
  • the temperature control device has a connecting means which can be connected to a connecting means of a further temperature control module or a further piece of fluid line and to which the fluid line piece can be tightly fastened at the same time.
  • the temperature control device takes the place of the core Flow in the fluid conduit, so that an essentially annular, thin-film-like flow cross section is formed between the temperature control device and the retrofitted fluid conduit.
  • Figure 1 shows a first embodiment of a fluid line piece in a longitudinal section.
  • Fig. 2 shows the fluid line piece of Fig. 1 in cross section
  • Fig. 3 shows a second embodiment of the fluid line piece according to the invention.
  • FIG. 1 shows a first exemplary embodiment of a fluid line piece 1 according to the invention in a longitudinal section along a center line M of the fluid line piece M.
  • the fluid line piece 1 is essentially tubular and is rotationally symmetrical about the central axis M.
  • the fluid line piece of FIG. 1 is specially designed for the passage of a spinning solution , containing water, cellulose and tertiary amine oxide, designed as a working fluid.
  • the working fluid is passed through a working fluid line area 2 with an annular flow cross section.
  • the working fluid line area has an outer wall 3 and an inner wall 4, which limit the flow cross section of the working fluid line area 2.
  • the inner wall 4 of the working fluid line area 2 is formed by a temperature control device 5.
  • the temperature control device 5 has a line section or inner body 6 which is formed coaxially to the working fluid line area 2 and whose interior 7 is flowed through by a temperature control fluid.
  • the inner body 6 is essentially tubular.
  • the temperature control device 5 is washed around outside by the working fluid in the working fluid line area 2. Since the temperature of the tempering fluid in the interior 7 of the tempering device 5 has a temperature difference to the temperature of the working fluid in the working fluid line area 2, a heat exchange takes place through the wall of the line pipe 6. Depending on whether the temperature of the tempering fluid is higher or lower than the temperature of the working fluid, heat is exchanged from the working fluid to the tempering fluid or from the tempering fluid to the working fluid.
  • the temperature control device can be used both for heating and for cooling the working fluid.
  • the outer wall 3 of the working fluid line area 2 is formed by a tubular body 8, which represents a tempering jacket section.
  • the tube 8 is surrounded by a cavity 9, which can also have a temperature control fluid around it.
  • the temperature of the temperature control fluid in the temperature control jacket section 9 can be higher or lower than the temperature of the working fluid.
  • the outer wall 3 can thus be used for cooling or for heating the working fluid independently of the temperature control device 5.
  • the temperature control jacket section is provided with connections for supplying temperature control fluid.
  • the temperature control fluid is supplied to the temperature control jacket section 9 at a predetermined controllable temperature.
  • the temperature control device 5 is supplied with temperature control fluid via radially extending feed lines 10 which end in through openings 11.
  • the passage openings 11 are arranged on a flange-shaped connecting section 12 of the fluid line piece 1.
  • the connecting section 12 serves to connect the fluid line piece 1 to further fluid line pieces, not shown.
  • the working fluid flows through an annular passage opening 13 from one piece of fluid line to another.
  • the connecting section can be provided, for example, with through or threaded openings 14, through which a fluid-tight and pressure-resistant connection can be established by means of screws with the connecting section of a further fluid line piece.
  • the fluid line piece of FIG. 1 is to explain different variants of the supply of temperature control fluid to the temperature control device 5 with different connecting sections at the two in the direction of passage of the working fluid, i.e. Ends shown in the direction of the central axis M.
  • the section for supplying the temperature control device with temperature control fluid is firmly connected to the temperature control device 5.
  • a closure means 15 is attached to the end of the conduit 6 of the temperature control device 5, through which the passage opening for the temperature control fluid in the temperature control device 5 is closed.
  • the feed forms a separate feed module or a separate fastening body 16 at the right end of the fluid line piece 1.
  • the feed module 16 is provided with a line section 16 ′ which can be tightly connected to the temperature control fluid line 6 of the temperature control device 5. In the embodiment of FIG. 1, this is achieved in that the line section 16 'is inserted into the line or the inner body 6.
  • the interior 7 of the temperature control fluid line 6 is connected via the line section 16 to the radial or spoke-shaped feed lines 10 of the feed module 16.
  • the feed lines 10 of the fastening body 16 end in through openings 11 which are connected to a temperature fluid supply, not shown.
  • the temperature control fluid supply conveys the temperature control fluid through the temperature control device 5 and at the same time controls the temperature of the temperature control fluid as a function of predetermined process parameters, such as the composition of the working fluid, the conveying speed of the working fluid, the mass flow of the working fluid and the like.
  • Different temperature control fluid supply systems can be provided for supplying the temperature control jacket section 9 and the temperature control device 5.
  • of the working fluid line area 2 and an adequate fluid line diameter D AD V (D A 2 -D
  • ) / 2 to the adequate fluid line diameter D AD of the working fluid line area 2 is preferably less than 0.5, in the embodiment of FIG. 1 less than 0.4 ,
  • FIG. 2 shows a cross section perpendicular to the center line M along the line II-II of FIG. 1.
  • the feed lines 10 run in a straight line in the radial direction and are arranged in a star shape.
  • the number of feed lines is arbitrary, as is their arrangement.
  • their cross section is streamlined in the direction of passage of the working fluid.
  • the feed lines 10 are connected to form an annular space 17.
  • This annular space 17 can be connected to the temperature control fluid supply system (not shown here) via one or more connections.
  • the closure means 14 is used in each case when the temperature control devices 5 of successive pieces of fluid line are to be insulated from one another. This can serve, for example, to keep the temperature drop along the flow direction of the temperature control fluid in the temperature control device 5 low, or to alternately heat or cool successive pieces of fluid line.
  • the direction of flow of the temperature control fluid in the temperature control device 5 can be in the same direction or opposite to the direction of flow through the working fluid line section 2, that is to say in cocurrent or in countercurrent.
  • FIG. 3 shows a second exemplary embodiment of a fluid line piece 1 according to the invention.
  • the same reference symbols are used for elements which have the same or similar function as in the exemplary embodiment in FIG. 1.
  • the fluid line piece of FIG. 3 is designed as a distributor piece which is designed in a Y shape.
  • the embodiment of FIG. 3 can also be in the form of any other distributor piece, for example in a T-shape or in any three-dimensional shape.
  • the distributor piece is provided with two curved pipe sections 20 which end in connecting sections 12 in accordance with one of the variants in FIG. 1.
  • the connecting sections 12 lie directly on the distributor 1.
  • the distributor 1 is provided on the outside with a tempering jacket section 9 which surrounds an outer wall 8 of the working fluid line section 2.
  • the tempering jacket section 9 is connected to the tempering device 5 in the distributor of FIG. 3 via the feed lines 8.
  • the distributor piece 1 is connected to a total of three fluid line pieces (not shown). In the area in which the working fluid line ranges branch out, no 'tempering 5 are attached to the flow of the working fluid not block.
  • the temperature control devices 5 of the two pipe sections 20 end before the intersection of the respective center lines M of the corresponding fluid line piece.
  • the closure pieces 14 are of streamlined design, in the present case conical. With this configuration, a clean division of the flow of the working fluid in the distributor piece 1 is achieved.
  • An exchange of tempering fluid of the tempering devices 5 of the two pipe sections 20 takes place via the section 21 of the tempering jacket section 9.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Fluidleitungsstück für ein modulares Fluidleitungssystem zur Durchleitung eines kristallisierenden, wärmesensitiven Arbeitsfluids, wie ein synthetisches Polymer, ein Cellulosederivat oder eine Lösung aus Cellulose, Wasser und Aminoxid. Derartige Arbeitsfluide weisen eine temperaturabhängige Viskosität und spontane Zerfallserscheinungen unter stark exothermischer Reaktion auf. Durch das Fluidleitungsstück (1) soll eine Temperatursteuerung des Arbeitsfluids möglich sein. Dies wird dadurch erreicht, dass das Fluidleitungsstück (1) einen kreisringförmigen Querschnitt mit einer Temperierungsvorrichtung (5) an Stelle der Kernströmung aufweist. Dadurch lässt sich erfindungsgemäß die Temperatur des Arbeitsfluids von innen her steuern.

Description

Fluidleitungsstuck mit Innentemperierung
Die Erfindung betrifft ein Fluidleitungsstuck für ein modulares Fluidleitungssystem zur Durchleitung eines kristallisierenden, wärmesensitiven Arbeitsfluids, wie ein synthetisches Polymer, ein Cellulosederivat oder eine Lösung aus Cellulose, Wasser und Amin- oxid, mit einem Arbeitsfluidleitungsbereich, der vom Arbeitsfluid durchströmt ist,.
Derartige Fluidleitungsstücke sind als einfache Rohrleitungen bekannt und werden herkömmlicherweise bei Spinnanlagen, bei denen das Arbeitsfluid als Formmasse zu Formkörpern versponnen wird, eingesetzt. Durch das Fluidleitungsstuck wird das Arbeitsfluid von einem Reaktionsbehälter, in dem es zusammengemischt wird, im Regelfall zu einer Spinndüse transportiert, an der es versponnen wird.
Die dabei verwendeten Arbeitsfluide sind wärmesensitiv und neigen zu einer spontanen exothermen Reaktion, wenn im Fluidleitungsstuck eine bestimmte Höchsttemperatur überschritten wird, oder wenn das Arbeitsfluid unterhalb dieser Höchsttemperatur zu lange gelagert wird.
Die bei der vorliegenden Erfindung in Betracht kommenden Arbeitsfluide weisen insgesamt eine sehr hohe, temperaturabhängige Viskosität auf. Die Viskosität sinkt mit steigender Temperatur und erhöhter Scherrate.
Als ein besonders zum Verspinnen geeignetes Arbeitsfluid dient eine Formmasse, die aus einer Spinnlösung, enthaltend Cellulose, Wasser und ein tertiäres Aminoxid, beispielsweise N-Methylmorpholin N-Oxid (NMMO) sowie Stabilisatoren zur thermischen Stabilisierung der Cellulose und des Lösungsmittels sowie gegebenenfalls weitere Additive wie z.B. Titandioxid, Bariumasulfat, Graphit, Carboxymethylcellulosen, Polyethy- lenglycole, Chitin, Chitosan, Alginsäure, Polysaccharide, Farbstoffe, antibakteriell wirkende Chemikalien, Flammschutzmittel enthaltend Phosphor, Halogene oder Stickstoff, Aktivkohle, Russe oder elektrisch leitfähige Russe, Kieselsäure, organische Lösungsmittel als Verdünnungsmittel, etc enthält.
Für den Transport des Arbeitsfluids muss das Fluidleitungsstuck einerseits beheizbar sein, damit die Viskosität des Arbeitsfluids sinkt und das Arbeitsfluid mit geringen Verlusten durch das Fluidleitungsstuck gefördert werden kann. Andererseits darf die Tem- peratur nicht zu hoch sein, um eine Zersetzung und eine spontane exotherme Reaktion des Arbeitsfluids zu vermeiden. Schließlich soll sich über den vom Arbeitsfluid durchströmten Strömungsquerschnitt des Fluidleitungsstückes ein möglichst gleichmäßiges Geschwindigkeitsprofil ausbilden, um eine Gleichmäßige Durchströmung des Fluidleitungsstückes sicherzustellen.
In der EP 0 668 941 B1 wird zur Lösung dieser Probleme vorgeschlagen, die Temperatur in der Rohrmitte und/oder an der Innenwand eines Fluidleitungsstückes gemäß den dort angegebenen Formeln zu steuern. Dazu wird ein Kühlmedium durch einen den Ar- beitsfluidleitungsbereich umgebenden Kühlmantel geleitet. Das Kühlmedium leitet die Wärme von eventuell auftretenden exothermen Reaktionen aus dem Arbeitsfluid ab und kühlt den Außenbereich der Fluidströmung.
Das Fluidleitungssystem, wie es in der EP 0 668 941 B1 vorgeschlagen wird, hat jedoch den Nachteil, dass nach wie vor ein schlechter Wirkungsgrad bei der Durchströmung durch das Arbeitsfluid erreicht wird, und dass nur ungenau auf die temperaturabhängigen Eigenschaften des Arbeitsfluids Einfluss genommen werden kann.
Der Erfindung liegt demzufolge die Aufgabe zugrunde, ein Fluidleitungsstuck zu schaffen, das einen verbesserten Wirkungsgrad bei der Durchströmung des Arbeitsfluids aufweist und das eine direktere Einflussnahme auf die temperaturabhängigen Eigenschaften des Arbeitsfluids ermöglicht.
Erfindungsgemaß wird diese Aufgabe für ein Fluidleitungsstuck der eingangs genannten Art dadurch gelöst, dass der Arbeitsfluidleitungsbereich einen im wesentlichen ringförmigen Strömungsquerschnitt aufweist, und dass in der Mitte des Fluidleitungsstücks an Stelle der Kernströmung des Arbeitsfluids eine Temperierungsvorrichtung zur Steuerung der Temperatur des Arbeitsfluids im Inneren des Fluidleitungsstückes angeordnet ist.
Bei dieser Lösung gibt es somit keine Kernströmung mehr. Die Temperatur des Au- ßenfluids kann somit sehr gut über den gesamten Strömungsquerschnitt beeinflusst werden. Die Temperiervorrichtung nimmt die Lage der Kernströmung ein und ermöglicht eine Steuerung der Temperatur des Arbeitsfluids vom Inneren der Strömung aus. Als Folge lassen sich das Arbeitsfluid und damit die temperaturabhängigen Eigenschaften des Arbeitsfluids genauer kontrollieren, die Strömungsverluste lassen sich senken. Es entfällt auch die Notwendigkeit, die Temperatur der Kernströmung zu messen, was nur sehr ungenau und indirekt und mit großem Aufwand möglich ist.
Im Gegensatz zu der in der EP 0 668 941 B1 verfolgten Lösung, bei der nur indirekt ü- ber die Kühlung der Außentemperatur eine Beeinflussung der Kerntemperatur stattfinden kann, ist durch die vom Arbeitsfluid umströmte, erfindungsgemäße Temperierungsvorrichtung der innere Bereich des Arbeitsfluids somit direkt in seiner Temperatur beeinflussbar.
Durch die Anordnung der Temperiervorrichtung an Stelle der Kernströmung des Arbeitsfluids und den dadurch bedingten ringförmigen Arbeitsfluidleitungsbereich wird auch die Dicke des zu temperierenden Strömungsquerschnitts verringert: Bei dem Verfahren der EP 0 668 941 A1 entspricht die Dicke der zu temperierenden Schicht , die dem dem Innendurchmesser des Arbeitsfluidleitungsbereichs. Erfindungsgemäß entspricht die zu temperierende Schichtdicke des Arbeitsfluids nur noch der Wanddicke des ringförmigen Strömungsquerschnitts. Durch die verringerte Schichtdicke verringern sich die Zeitkonstanten für den Wärmeübergang.
Die Temperiervorrichtung kann sowohl zum Kühlen als auch zum Beheizen des Arbeitsfluids dienen, je nachdem, ob die Temperatur der Temperiervorrichtung höher oder niedriger als die Temperatur des Arbeitsfluids ist. Im Fluidleitungsstuck kann die Temperatur der Temperiervorrichtung auch so gesteuert sein, dass bestimmte Abschnitte der Temperiervorrichtung als Kühlabschnitte und andere Abschnitte als Heizabschnitte wirken. Als Referenztemperatur des Arbeitsfluids dient dabei die über den Strömungsquerschnitt des Arbeitsfluidleitungsbereichs gemittelte Temperatur des Arbeitsfluids.
Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung ist die Temperierungsvorrichtung als ein koaxial zum Arbeitsfluidleitungsbereich angeordnetes Innenrohr ausgebildet, das von einem Temperierungsfluid durchströmt ist. Durch ein Temperierungsfluid kann beispielsweise gegenüber einer elektrischen Beheizung ein gleichmäßigerer Wärmeübergang ohne große örtliche Temperaturunterschiede erreicht werden. Die Kühlung oder Beheizung des Arbeitsfluids durch das die Temperierungsvorrichtung durchströmende Temperierungsfluid kann im Gegenstrom oder Gleichstrom erfolgen. Im Gleichstrom sind die Strömungsrichtungen von Arbeitsfluid und Temperierungsfluid im Wesentlichen gleichgerichtet. Im Gegenstrom sind die Strömungsrichtungen von Arbeitsfluid und Temperierungsfluid im Wesentlichen gegenläufig.
In einer eiteren, besonders vorteilhaften Ausgestaltung des Fluidleitungsstückes kann zusätzlich zur Temperierungsvorrichtung auch ein Temperierungsmantelabschnitt vorgesehen sein, der den Arbeitsfluidleitungsbereich zumindest abschnittsweise umgibt.
Bei dieser Ausgestaltung ist somit eine Temperiervorrichtung vorgesehen, die direkt auf den Innenbereich der Strömung einwirkt, und eine weitere Temperiervorrichtung, die auf. den Außenbereich der Strömung einwirkt. Beide Temperiervorrichtungen zusammen weisen eine gegenüber dem Stand der Technik wesentlich erhöhte Fläche für den Wärmeübergang auf.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung kann der Temperierungsmantelabschnitt von einem Temperierungsfluid durchströmt sein. Durch ein Temperierungsfluid kann beispielsweise gegenüber einer elektrischen Beheizung ein gleichmäßigerer Wärmeübergang ohne große örtliche Temperaturunterschiede erreicht werden.
Bei dieser Ausgestaltung ergibt sich somit im Vergleich zum Stand der Technik eine wesentlich vergrößerte Wärmeübergangsfläche zwischen Arbeitsfluid und Temperierungsfluid. Die vergrößerte Wärmeübergangsfläche bewirkt einen großen Wärmestrom durch die jeweiligen Mantelflächen. Durch den schnelleren Wärmeübergang kann die Temperaturdifferenz zwischen dem Temperierungsfluid und dem Arbeitsfluid verringert werden. Die Temperatur und damit die Viskosität des Arbeitsfluids kann weitaus genauer als bislang im Stand der Technik möglich kontrolliert werden.
Dabei kann in einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung vorgesehen sein, dass das Temperierungsfluid im Temperierungsmantelabschnitt eine vom Temperierungsfluid in der Temperierungsvorrichtung unabhängig gesteuerte Temperatur aufweist. Unabhängig von der Temperierungsvorrichtung kann der Temperierungsmantelabschnitt zum Kühlen oder Beheizen im Gleich- oder Gegenstrom verwendet werden. Um den Wärmeübergang zwischen dem Fluidleitungsstuck und seiner Umgebung möglichst gering zu halten, kann in einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung vorgesehen sein, dass der Arbeitsfluidleitungsabschnitt zumindest abschnittsweise von einer Wärmeisolationsschicht umhüllt ist.
Für das Erreichen des erfindungsgemäßen Ziels ist es unter anderem wichtig, dass die Temperierungsvorrichtung vom Arbeitsfluid umspült ist. Dies wird gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung dadurch erreicht, dass das Fluidleitungsstuck einen Abstandshalter aufweist, der sich von der Temperierungsvorrichtung in das Arbeitsfluid bis zur Innenwandung des Arbeitsfluidleitungsstückes erstreckt. Je nach Anforderungen kann eine beliebige Anzahl von Abstandshaltern in einer jeweils günstigen Anordnung vorgesehen sein. Auch eine separate Beheizung der Abstandhalter ist möglich.
Um die Strömungsverluste bei der Umströmung der Abstandshalter durch das Arbeitsfluid möglichst gering zu halten, können die Abstandshalter einen im Wesentlichen stromlinienförmigen Querschnitt aufweisen.
Die Wärmeübergangsfläche kann nochmals vergrößert werden, wenn auch der Abstandshalter vom Temperierungsfluid durchströmt ist. Dadurch kann auch direkt auf das Arbeitsfluid eingewirkt werden, das nicht direkt mit der Temperierungsvorrichtung oder dem Temperierungsmantelabschnitt in Kontakt kommt. Gleichzeitig ist durch diese Lösung eine konstruktiv einfache Möglichkeit der Versorgung der Temperierungsvorrichtung mit Temperierungsfluid möglich.
Bezeichnet man den Innendurchmesser des Fluidleitungsstückes mit DA und den Außendurchmesser der Temperierungsvorrichtung mit Dj, wobei DA dem Außendurchmesser und Di dem Innendurchmesser des ringförmigen Arbeitsfluidleitungsbereichs entspricht, und bestimmt man einen adäquaten Fluidleitungsdurchmesser DAD ZU V(DA 2- D|2), dann lässt sich ein Oberflächenverhältnis wie folgt definieren: O= (Dι+DA)/ DAD. Dieses Oberflächenverhältnis O liegt vorzugsweise zwischen 0=1 bis 0=4, besonders bevorzugt zwischen 0=1 bis 0=1 ,8. Das Verhältnis der Durchmesser DA und Di kann über ein Arbeitsfluidschichtdicken- verhältnis A angegeben werden, welches das Verhältnis der Schichtdicke S=(DA-D| )/2 - bei Ausführung mit Temperierungsvorrichtung (ringförmig) - bzw. S=DA - ohne Temperiervorrichtung (nur Außenrohr) - zum Außendurchmesser DA des Arbeitsfluidleitungsbereichs darstellt, A=S/DAD: Dieses Verhältnis beträgt bevorzugt weniger als 0,5, besonders bevorzugt weniger als 0,4.
Hinsichtlich der Stabilität und der Fertigung des Fluidleitungsstückes kann es besonders günstig sein, wenn der Abstandshalter an einem in Durchleitungsrichtung des Arbeitsfluids gelegenen Ende des Fluidleitungsstücks angeordnet ist.
Zum Aufbau eines modularen Fluidleitungssystems kann das Fluidleitungsstuck an zumindest einem in Durchströmungsrichtung des Arbeitsfluids gelegenen Ende einen Verbindungsabschnitt aufweisen, der so ausgestaltet ist, dass das Fluidleitungsstuck mit anderen Fluidleitungsstücken verbindbar ist.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung kann das Temperierungsfluid für die Temperierungsvorrichtung am Verbindungsabschnitt zugeführt werden. Dazu kann der Verbindungsabschnitt mindestens eine Temperierungsfluidöffnung aufweisen, durch die das Temperierungsfluid von außerhalb des Fluidleitungsstückes an die Temperierungsvorrichtung zuführbar ist.
Bei mehreren hintereinandergeschalteten Fluidleitungsstücken kann eine jeweils separate Versorgung der einzelnen Fluidleitungsstücke mit Temperierungsfluid entfallen, wenn die Temperierungsvorrichtung an zumindest einem in Durchleitungsrichtung des Arbeitsfluids gelegenem Ende eine Durchtrittsöffnung für das Temperierungsfluid in der Temperierungsvorrichtung aufweist, die mit einer entsprechenden Durchtrittsöffnung eines weiteren Fluidleitungsstückes nicht verbindbar ist. Bei dieser vorteilhaften Ausgestaltung werden die Temperierungsvorrichtungen hintereinandergeschalteter Fluidleitungsstücke direkt miteinander verbunden. Hierzu können an den jeweiligen Durchtrittsöffnungen entsprechend zueinander passende Aufnahmemittel vorgesehen sein.
In bestimmten Fällen kann auch vorgesehen sein, dass an das Fluidleitungsstuck ein weiteres Fluidleitungsstuck angeschlossen wird, das nicht mit einer erfindungsgemäßen inneren Temperierungsvorrichtung versehen ist. Für diesen Fall kann ein Verschlussmittel vorgesehen sein, das auf die Durchtrittsöffnung für das Temperierungsfluid des inneren Heizabschnittes anbringbar ist und durch das die Durchtrittsöffnung dicht verschließbar ist. Durch das Verschlussmittel wird ein Austreten des Temperierungsfluids in das Arbeitsfluid vermieden. Um an der Stelle des Verschlussmittels die Strömungsverluste möglichst gering zu halten, kann in einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung vorgesehen sein, dass das Verschlussmittel eine im Wesentlichen stromlinienförmige Außenform aufweist. Das Verschlussmittel kann an einem in oder gegen die Durchleitungsrichtung des Arbeitsfluids gelegenem Ende der Temperierungsvorrichtung angeordnet sein.
In den oben beschriebenen Ausgestaltungen kann das Fluidleitungsstuck jedwede, in der Leitungstechnik gebräuchliche Funktionsform annehmen.
So kann das erfindungsgemäße Fluidleitungsstuck als gerades oder beliebig gekrümmtes Rohrleitungsstück ausgebildet sein, das an jedem in Strömungsrichtung des Arbeitsfluids gelegenen Ende jeweils einen Verbindungsabschnitt zum Anschluss zweier weiterer Fluidleitungsstücke aufweist. Durch ein solches Fluidleitungsstuck kann das Arbeitsfluid mit genau steuerbaren Temperaturprofil über weite Strecken transportiert werden.
Das Fluidleitungsstuck kann aber auch als Verteilerstück mit mindestens drei Verbindungsabschnitten zum Anschluss weiterer Fluidleitungsstücke ausgestattet sein. Derartige Verteilerstücke können beispielsweise in Y-Form, in T-Form oder in einer anderen, beliebig dreidimensionalen Form ausgebildet sein.
Eine andere Möglichkeit besteht darin, das Fluidleitungsstuck als Endstück mit nur einem Verbindungsabschnitt zum Anschluss nur eines weiteren Fluidleitungsstückes auszugestalten. In diesem Fall ist zweckmäßigerweise auch die eine Durchtrittsöffnung für das Arbeitsfluid verschlossen.
Das Fluidleitungsstuck kann auch als Reduzierstück ausgestaltet sein, dessen einer, vom Arbeitsfluid durchströmter Strömungsquerschnitt an einem in Durchleitungsrichtung des Arbeitsfluids gelegenen Ende kleiner ist als am im Durchleitungsrichtung entgegen- gesetzten Ende. Ein solches Reduzierstück kann verwendet werden, um Übergänge zwischen verschiedenen Fluidleitungssystemen zu schaffen.
Ferner kann in einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung das Fluidleitungsstuck einen eingebauten Mischreaktor zur Behandlung des Arbeitsfluids und zur Einflußnahme auf die Polymercharakteristik aufweisen. Auch kann das Fluidleitungsstuck einen oder mehrere Fluidfiltergruppen zur Filterung des Arbeitsfluids aufweisen.
Die Erfindung ist nicht auf die spezielle Art des Temperierungsfluids beschränkt. So können als Temperierungsfluid Flüssigkeiten und Gase verwendet werden.
Als Werkstoff für die Temperierungsvorrichtung, den Arbeitsfluidleitungsabschnitt oder den Temperierungsmantelabschnitt kann jeglicher, mit Bezug auf das Arbeitsfluid korrosionsbeständiger und hinsichtlich der möglichen exothermen Reaktionen druckbeständiger Werkstoff verwendet werden. Ein möglicher Werkstoff ist dabei Stahl oder Edelstahl oder verchromter Stahl oder Edelstahl. Um die Haftung und Reibung des Arbeitsfluids an den Wandungen zu minimieren, können die Außenwandung der Temperierungsvorrichtung oder die Innenwandung des Arbeitsfluidsleitungsbereichs besonders glatt bearbeitet oder mit einer reibungsminimierenden Beschichtung versehen sein.
Die Erfindung betrifft außerdem ein modulares Fluidleitungssystem, das aus mindestens zwei in Reihe schaltbaren Fluidleitungsstücken nach einer der oben beschriebenen Ausgestaltungen aufgebaut ist. Das Fluidleitungssystem kann des Weiteren ein Regeloder Absperrorgan aufweisen, das der Steuerung des Arbeitsfluids dient. Das Regeloder Absperrorgan kann über die Temperierungsfluidversorgungssystem angespeist sein.
Zum Nachrüsten bestehender Fluidleitungssysteme oder zum Einbau in herkömmliche Fluidleitungsrohre kann die Temperierungsvorrichtung als ein separates Teil aufgebaut sein, an dem ein herkömmliches Fluidleitungsstuck oder ein übliches Leitungsrohr befestigt werden kann. Dazu weist die Temperierungsvorrichtung ein Verbindungsmittel auf, das mit einem Verbindungsmittel eines weiteren Temperierungsmoduls oder eines weiteren Fluidleitungsstücks verbindbar ist und an dem gleichzeitig das Fluidleitungsstuck dicht befestigbar ist. Die Temperiervorrichtung nimmt die Stelle der Kern- Strömung im Fluidleitungsrohr ein, so dass sich ein im wesentlichen ringförmiger, dünn- schichtartiger Strömungsquerschnitt zwischen Temperiervorrichtung und nachgerüstetem Fluidleitungsrohr ausbildet.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen mit Bezug auf die Figuren beschrieben.
Es zeigen:
Fig. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel eines Fluidleitungsstückes in einem Längsschnitt;
Fig. 2 das Fluidleitungsstuck der Fig. 1 im Querschnitt und
Fig. 3 ein zweites Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Fluidleitungsstückes.
Fig. 1 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Fluidleitungsstückes 1 in einem Längsschnitt entlang einer Mittellinie M des Fluidleitungsstückes M. Das Fluidleitungsstuck 1 ist im Wesentlichen rohrförmig aufgebaut und rotationssymmetrisch um die Mittelachse M. Das Fluidleitungsstuck der Fig. 1 ist speziell für die Durchleitung einer Spinnlösung, enthaltend Wasser, Cellulose und tertiäres Aminoxid, als Arbeitsfluid ausgestaltet. Das Arbeitsfluid wird durch einen Arbeitsfluidleitungsbereich 2 mit ringförmigem Strömungsquerschnitt geleitet. Der Arbeitsfluidleitungsbereich weist eine Außenwandung 3 und eine Innenwandung 4 auf, die den Strömungsquerschnitt des Ar- beitfluidleitungsbereichs 2 begrenzen.
Die Innenwandung 4 des Arbeitfluidleitungsbereichs 2 wird von einer Temperierungsvorrichtung 5 gebildet.
Die Temperierungsvorrichtung 5 weist einen koaxial zum Arbeitsfluidleitungsbereich 2 ausgebildeten Leitungsabschnitt bzw. Innenkörper 6 auf, dessen Innenraum 7 von einem Temperierungsfluid durchströmt wird. Der Innenkörper 6 ist im wesentlichen rohrförmig ausgebildet. Die Temperierungsvorrichtung 5 wird außen vom Arbeitsfluid im Arbeitsfluidleitungsbereich 2 umspült. Da die Temperatur des Temperierungsfluids im Innenraum 7 der Temperierungsvorrichtung 5 eine Temperaturdifferenz zur Temperatur des Arbeitsfluids im Arbeitsfluidleitungsbereich 2 aufweist, findet durch die Wandung des Leitungsrohres 6 ein Wärmeaustausch statt. Je nachdem, ob die Temperatur des Temperierungsfluids größer oder kleiner als die Temperatur des Arbeitsfluids ist, findet ein Wärmetausch vom Arbeitsfluid zum Temperierungsfluid oder vom Temperierungsfluid zum Arbeitsfluid statt.
Somit kann die Temperierungsvorrichtung sowohl zum Heizen als auch zum Kühlen des Arbeitsfluids verwendet werden.
Die Außenwandung 3 des Arbeitsfluidleitungsbereichs 2 wird von einem rohrförmigen Körper 8 gebildet, das einen Temperierungsmantelabschnitt darstellt. Dazu ist das Rohr 8 von einem Hohlraum 9 umgeben, der ebenfalls von einem Temperierungsfluid umspült sein kann. Unabhängig von der Temperatur des Temperierungsfluids in der Temperierungsvorrichtung 5 kann die Temperatur des Temperierungsfluids im Temperierungsmantelabschnitt 9 größer oder kleiner als die Temperatur des Arbeitsfluids sein. Somit kann die Außenwandung 3 zum Kühlen oder zum Beheizen des Arbeitsfluids unabhängig von der Temperierungsvorrichtung 5 verwendet werden.
Der Temperierungsmantelabschnitt ist mit Anschlüssen zur Versorgung mit Temperierungsfluid versehen. Das Temperierungsfluid wird dem Temperierungsmantelabschnitt 9 in einer vorbestimmt steuerbaren Temperatur zugeführt.
Die Temperierungsvorrichtung 5 wird über radial verlaufende Speiseleitungen 10, die in Durchtrittsöffnungen 11 enden, mit Temperierungsfluid versorgt.
Die Durchtrittsöffnungen 11 sind an einem flanschförmigen Verbindungsabschnitt 12 des Fluidleitungsstückes 1 angeordnet. Der Verbindungsabschnitt 12 dient dazu, das Fluidleitungsstuck 1 mit weiteren, nicht gezeigten Fluidleitungsstücken zu verbinden. Das Arbeitsfluid strömt dabei durch eine ringförmige Durchtrittsöffnung 13 von einem Fluidleitungsstuck zum andern. Der Verbindungsabschnitt kann beispielsweise mit Durchgangs- oder Gewindeöffnungen 14 versehen sein, durch die eine fluiddichte und druckfeste Verbindung mittels Schrauben mit dem Verbindungsabschnitt eines weiteren Fluidleitungsstückes hergestellt werden kann.
Das Fluidleitungsstuck der Fig. 1 ist zur Erläuterung verschiedener Varianten der Zufuhr von Temperierungsfluid an der Temperierungsvorrichtung 5 mit unterschiedlichen Verbindungsabschnitten an den beiden in Durchleitungsrichtung des Arbeitsfluids, d.h. in Richtung der Mittenachse M gelegenen Enden gezeigt.
An dem in Fig. 1 gezeigten linken Ende ist der Abschnitt zur Versorgnung der Temperierungsvorrichtung mit Temperierungsfluid fest mit der Temperierungsvorrichtung 5 verbunden.
In Fig. 1 ist an dem Ende des Leitungsrohres 6 der Temperierungsvorrichtung 5 ein Verschlussmittel 15 angebracht, durch das die Durchtrittsöffnung für das Temperierungsfluid in der Temperierungsvorrichtung 5 verschlossen ist.
An dem in der Fig. 1 rechten Ende des Fluidleitungsstückes 1 ist eine andere Variante des Verbindungsabschnittes 12 bzw. der Einspeisung des Temperierungsfluids in der Temperierungsvorrichtung 5 dargestellt. Anstelle einer einstückig mit der Temperierungsvorrichtung 5 verbundenen Einspeisung bildet die Einspeisung am rechten Ende des Fluidleitungsstückes 1 ein separates Speisemodul bzw. einen separaten Befestigungskörper 16 aus. Das Speisemodul 16 ist mit einem Leitungsabschnitt 16' versehen, der mit der Temperierungsfluidleitung 6 der Temperierungsvorrichtung 5 dicht verbindbar ist. Beim Ausführungsbeispiel der Fig. 1 wird dies dadurch erreicht, dass der Leitungsabschnitt 16' in die Leitung bzw. den Innenkörper 6 eingeschoben wird. Über den Leitungsabschnitt 16 ist der Innenraum 7 der Temperierungsfluidleitung 6 mit den radial bzw. speichenförmig verlaufenden Speiseleitungen 10 des Speisemoduls 16 verbunden.
Die Speiseleitungen 10 des Befestigungskörpers 16 enden in Durchtrittsöffnungen 11 , die mit einer nicht dargestellten Temperierungsfluidversorgung verbunden sind. Die in den Abbildungen nicht dargestellte Temperierungsfluidversorgung fördert das Temperierungsfluid durch die Temperierungsvorrichtung 5 und steuert gleichzeitig die Temperatur des Temperierungsfluids in Abhängigkeit von vorgegebenen Verfahrensparametern, wie beispielsweise der Zusammensetzung des Arbeitsfluids, der Fördergeschwindigkeit des Arbeitsfluids, dem Massestrom des Arbeitsfluids und ähnlichem.
Für die Versorgung des Temperierungsmantelabschnittes 9 und der Temperierungsvorrichtung 5 können unterschiedliche Temperierungsfluidversorgungssysteme vorgesehen sein.
Beim Ausführungsbeispiel der Fig. 1 beträgt ein Oberflächenverhältnis O= (D|+DA)/DAD, das aus dem Quotienten aus der Summe des Außendurchmessers DA und des Innendurchmessers D| des Arbeitsfluidleitungsbereichs 2 und einem adäquaten Fluidleitungs- durchmesser DAD=V(DA 2-D|2) gebildet wird, zwischen 0=1 bis 0=4, besonders bevorzugt zwischen 0=1 bis 0=1 ,8.
Das Verhältnis A=S/DAD der Schichtdicke S=(DA-D| )/2 zum adäquaten Fluidleitungs- durchmesser DAD des Arbeitsfluidleitungsbereichs 2 beträgt bevorzugt weniger als 0,5, beim Ausführungsbeispiel der Fig. 1 weniger als 0,4.
Fig. 2 zeigt einen Querschnitt senkrecht zur Mittellinie M entlang der Linie ll-ll der Fig. 1.
In Fig. 2 ist zu erkennen, dass die Speiseleitungen 10 in radialer Richtung geradlinig verlaufen und sternförmig angeordnet sind. Die Anzahl der Speiseleitungen ist beliebig, ebenso ihre Anordnung. Um Totwassergebiete hinter den Speiseleitungen zu verhindern, ist deren Querschnitt in Durchleitungsrichtung des Arbeitsfluid stromlinienförmig ausgebildet.
In Fig. 2 sind die Speiseleitungen 10 zu einem Ringraum 17 verbunden. Dieser Ringraum 17 kann über einen oder mehrere Anschlüsse mit dem Temperierungsfluidversor- gungssystem (hier nicht dargestellt) verbunden sein.
Das Verschlussmittel 14 wird jeweils dann eingesetzt, wenn die Temperierungsvorrichtungen 5 aufeinander folgender Fluidleitungsstücke voneinander isoliert werden sollen. Dies kann beispielsweise dazu dienen, den Temperaturabfall entlang der Strömungsrichtung des Temperierungsfluids in der Temperierungsvorrichtung 5 gering zu halten, oder aufeinander folgende Fluidleitungsleitungsstücke abwechselnd zu beheizen oder zu kühlen.
Die Strömungsrichtung des Temperierungsfluids in der Temperierungsvorrichtung 5 kann in gleicher Richtung oder entgegengesetzt zur Richtung der Durchströmung des Arbeitsfluidleitungsabschnitt.es 2 erfolgen, also im Gleichstrom oder im Gegenstrom.
In Fig. 3 ist ein zweites Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Fluidleitungsstückes 1 gezeigt. Bei diesem Ausführungsbeispiel werden für Elemente, die eine gleiche oder ähnliche Funktion wie beim Ausführungsbeispiel der Fig. 1 erfüllen, die gleichen Bezugszeichen verwendet.
Das Fluidleitungsstuck der Fig. 3 ist als Verteilerstück ausgebildet, das in Y-Form ausgeführt ist. Das Ausführungsbeispiel der Fig. 3 kann auch in Form eines beliebigen anderen Verteilerstückes, beispielsweise in T-Form oder in einer beliebigen dreidimensionalen Form, ausgebildet sein.
Beim Ausführungsbeispiel der Fig. 3 ist das Verteilerstück mit zwei gekrümmten Rohrabschnitten 20 versehen, die in Verbindungsabschnitten 12 gemäß einer der Varianten der Fig. 1 enden. Bei bestimmten Anwendungen kann auf die Zwischenschaltung eines Rohrstückes verzichtet werden. In diesem Fall liegen die Verbindungsabschnitte 12 direkt am Verteilerstück 1 an.
Das Verteilerstück 1 ist außen mit einem Temperierungsmantelabschnitt 9 versehen, der eine Außenwand 8 des Arbeitsfluidleitungsabschnitt.es 2 umgibt. Der Temperierungsmantelabschnitt 9 ist beim Verteilerstück der Fig. 3 über die Speiseleitungen 8 mit der Temperierungsvorrichtung 5 verbunden.
Das Verteilerstück 1 wird mit insgesamt drei Fluidleitungsstücken (nicht gezeigt) verbunden. Im Bereich, in dem sich die Arbeitsfluidleitungsbereiche verzweigen, sind keine' Temperierungsvorrichtungen 5 angebracht, um die Durchströmung des Arbeitsfluids nicht zu blockieren. Die Temperierungsvorrichtungen 5 der beiden Rohrabschnitte 20 enden vor dem Schnittpunkt der jeweiligen Mittellinien M des entsprechenden Fluidleitungsstückes. Um im Bereich der Enden der Temperierungsvorrichtungen 5 eine günstige, möglichst verlustfreie Strömung ohne Ausbildung von Stagnationsgebieten zu erhalten, in denen das Arbeitsfluid degradieren könnte, sind die Verschlussstücke 14 stromlinienförmig, im vorliegenden Fall kegelförmig, ausgebildet. Durch diese Ausgestaltung wird eine saubere Aufteilung der Strömung des Arbeitsfluids im Verteilerstück 1 erreicht. Über den Abschnitt 21 des Temperierungsmantelabschnittes 9 findet ein Austausch von Temperierungsfluid der Temperierungsvorrichtungen 5 der beiden Rohrabschnitte 20 statt.

Claims

Patentansprüche
1. Fluidleitungsstuck zur Durchleitung eines kristallisierenden, wärmesensitiven Arbeitsfluids wie ein synthetisches Polymer oder eine Polymerlösung, ein Cellulosederivat , eine Lösung aus Cellulose, Wasser und Aminoxid, sowie Mischungen davon mit einem Arbeitsfluidleitungsbereich, der vom Arbeitsfluid durchströmt ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Arbeitsfluidleitungsbereich (2) einen im wesentlichen ringförmigen Strömungsquerschnitt aufweist, und dass in der Mitte (M) des Fluidlei- tungsstücks (1 ) an Stelle der Kernströmung des Arbeitsfluids eine innere Temperierungsvorrichtung (5) zur Steuerung der Temperatur des Arbeitsfluids innerhalb des Arbeitsfluidleitungsbereichs (2) angeordnet ist.
2. Fluidleitungsstuck nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die innere Temperierungsvorrichtung (5) als eine vorzugsweise rohrförmige Temperierfluidlei- tung (8) ausgebildet ist, die von einem Temperierungsfluid durchströmt ist.
3. Fluidleitungsstuck nach einem der oben genannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur der Temperierungsvorrichtung (5) größer als die Temperatur des Arbeitsfluids ist.
4. Fluidleitungsstuck nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur der Temperierungsvorrichtung (5) geringer als die Temperatur des Arbeitsfluids ist.
5. Fluidleitungsstuck nach einem der oben genannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Strömungsrichtung der Temperierungsfluids in der Temperierungsvorrichtung (5) im wesentlichen gleich der Strömungsrichtung des Arbeitsfluids durch den Arbeitsfluidleitungsbereich (2) ist.
6. Fluidleitungsstuck nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Strömungsrichtung der Temperierungsfluids in der Temperierungsvorrichtung (5) im wesentlichen entgegengesetzt zur Strömungsrichtung des Arbeitsfluids durch den Arbeitsfluidleitungsbereich (2) ist.
7. Fluidleitungsstuck nach einem der oben genannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Fluidleitungsstuck (1 ) einen Temperierungsmantelabschnitt (9) zur Steuerung der Temperatur des Arbeitsfluids aufweist, der den Arbeitsfluidleitungsbereich (2) zumindest abschnittsweise umgibt.
8. Fluidleitungsstuck nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Arbeitsfluidleitungsbereich (2) von einem Temperierungsfluid durchströmt ist.
9. Fluidleitungsstuck nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur des Temperierungsfluids im Temperierungsmantelabschnitt (9) höher als die Temperatur der Temperierungsvorrichtung (5) ist.
10. Fluidleitungsstuck nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur des Temperierungsfluids im Temperaturmantelabschnitt (9) niedriger als die Temperatur der Temperierungsvorrichtung (5) ist.
11. Fluidleitungsstuck nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Strömungsrichtung des Temperierungsfluids im Temperaturmantelabschnitt (9) gleich der Strömungsrichtung des Arbeitsfluids im Arbeitsfluidleitungsbereich (2) ist.
12. Fluidleitungsstuck nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Strömungsrichtung des Temperierungsfluids im äußeren Temperaturmantelabschnitt (9) entgegengesetzt der Strömungsrichtung des Arbeitsfluids im Arbeitsfluidleitungsbereich (2) ist.
13. Fluidleitungsstuck nach einem der oben genannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Arbeitsfluidleitungsbereich (2) zumindest abschnittsweise von einer Wärmeisolationsschicht umhüllt ist.
14. Fluidleitungsstuck nach einem der oben genannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich von der Temperierungsvorrichtung (5) zur Außenwandung (3) des Arbeitsfluidleitungsbereichs (2) zumindest ein Abstandhalter (10) in das Arbeitsfluid erstreckt.
15. Fluidleitungsstuck nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstandshalter (10) einen im wesentlichen stromlinienförmigen Querschnitt aufweist.
16. Fluidleitungsstuck nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstandhalter (10) vom Temperierungsfluid in der Temperierungsvorrichtung (5) durchströmt ist.
17. Fluidleitungsstuck nach einem der Ansprüche 14 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstandhalter (10) an einem in Durchleitungsrichtung des Arbeitsfluids gelegenen Ende des Fluidleitungsstücks (1) angeordnet ist.
18. Fluidleitungsstuck nach einem der Ansprüche 14 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstandhalter (10). an einem separaten Speisemodul (16) ausgebildet ist, das an der Temperierungsvorrichtung (5) angebracht ist.
19. Fluidleitungsstuck nach einem der oben genannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbindungsabschnitt (12) mit mindestens einer Temperie- rungsfluidöffnung (11 ) versehen ist, durch die Temperierungsfluid von außerhalb des Fluidleitungsstückes (1) der Temperierungsvorrichtung (5) zuführbar ist.
20. Fluidleitungsstuck nach einem der oben genannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperierungsvorrichtung (5) an zumindest einem in Durchleitungsrichtung des Arbeitsfluids gelegenen Ende eine Durchtrittsöffnung (14') für das Temperierungsfluid in der Temperierungsvorrichtung (5) aufweist, die mit einer entsprechenden Durchtrittsöffnung (14') eines weiteren Fluidleitungsstückes (1 ) dicht verbindbar ist.
21. Fluidleitungsstuck nach einem der oben genannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Verschlussmittel (15) vorgesehen ist, das auf die Durchtrittsöffnung (14') für das Temperierungsfluid der Temperierungsvorrichtung (5) anbringbar ist und durch das die Durchtrittsöffnung (14') dicht verschließbar ist.
22. Fluidleitungsstuck nach Anspruch 21 , dadurch gekennzeichnet, dass das Verschlussmittel (15) eine im wesentlichen stromlinienförmige Außenform aufweist.
23. Fluidleitungsstuck nach einem der oben genannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Fluidleitungsstuck (1) an zumindest einem in Durchleitungsrichtung des Arbeitsfluid gelegenen Ende einen Verbindungsabschnitt (12) zur Verbindung des Fluidleitungsstücks (1 ) mit einem weiteren Fluidleitungsstuck (1 ).
24. Fluidleitungsstuck nach einem der oben genannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Oberflächenverhältnis O=(D|+DA)/DAD aus der Summe aus Außendurchmesser DA und Innendurchmesser D| des ringförmigen Arbeitsfluidleitungsbereichs (2) und einem adäquaten Fluidleitungsdurchmesser DAD=V(DA 2-D|2) zwischen 0=1 bis 0=4, besonders bevorzugt zwischen 0=1 bis 0=1 ,8, liegt.
25. Fluidleitungsstuck nach einem der oben genannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Arbeitsfluidschichtdickenverhältnis A=S/DAD aus dem Verhältnis der Schichtdicke S=(DA-D| )/2 zum adäquaten Fluidleitungsdurchmesser DAD des Arbeitsfluidleitungsbereichs (2) bevorzugt weniger als 0,5, besonders bevorzugt weniger als 0,4, beträgt.
26. Fluidleitungsstuck nach einem der oben genannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Fluidleitungsstuck (1) als gerades oder beliebig gekrümmtes Rohrleitungsstück ausgebildet ist, das an jedem in Strömungsrichtung des Arbeitsfluids gelegenen Ende jeweils einen Verbindungsabschnitt (12) zum Anschluss zweier weiterer Fluidleitungsstücke (1) aufweist.
27. Fluidleitungsstuck nach einem der Ansprüche 1 bis 26, dadurch gekennzeichnet, dass das Fluidleitungsstuck (1) als Verteilerstück mit mindestens drei Verbindungsabschnitten zum Anschluss weiterer Fluidleitungsstücke (1 ) ausgestaltet ist.
28. Fluidleitungsstuck nach einem der Ansprüche 1 bis 26, dadurch gekennzeichnet, dass das Fluidleitungsstuck (1) als Endstück mit nur einem Verbindungsabschnitt (12) zum Anschluss nur eines weiteren Fluidleitungsstücks (1 ) ausgestaltet ist.
29. Fluidleitungsstuck nach einem der oben genannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Fluidleitungsstuck (1) eine eingebaute Pumpe zur Förderung des Arbeitsfluids aufweist.
30. Fluidleitungsstuck nach einem der oben genannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Fluidleitungsstuck (1) einen eingebauten Mischreaktor zur Behandlung des Arbeitsfluids und Einflußnahme auf die Polymercharakteristik aufweist.
31. Fluidleitungsstuck nach einem der oben genannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Fluidleitungsstuck (1 ) einen oder mehrere Fluidfiltergruppen zur Filterung des Arbeitsfluids aufweist.
32. Fluidleitungsstuck nach einem der oben genannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Temperierungsfluid eine Flüssigkeit ist.
33. Fluidleitungsstuck nach einem der Ansprüche 1 bis 32, dadurch gekennzeichnet, dass das Temperierungsfluid gasförmig ist.
34. Fluidleitungsstuck nach einem der oben genannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Fluidleitungsstuck (1) im Arbeitsfluidleitungsbereich (2) aus Stahl, Edelstahl oder verchromtem Stahl gefertigt ist.
35. Fluidleitungsstuck nach einem der oben genannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperierungsvorrichtung (5) aus Stahl oder Edelstahl oder verchromten Stahl oder Edelstahl gefertigt ist.
36. Modulares Fluidleitungssystem zur Durchleitung eines kristallisierenden, wärmesensitiven Arbeitsfluids wie ein synthetisches Polymer oder eine Polymerlösung, ein Cellulosederivat , eine Lösung aus Cellulose, Wasser und Aminoxid, sowie Mischungen untereinander, dadurch gekennzeichnet, dass das Fluidleitungssystem mindestens zwei in Reihe schaltbare Fluidleitungsstücke (1 ) nach einem der oben genannten Ansprüche aufweist.
37. Modulares Fluidleitungssystem zur Durchleitung eines kristallisierenden, wärmesensitiven Arbeitsfluids bestehend aus einer Spinnlösung, enthaltend Cellulose, Wasser und ein tertiäres Aminoxid, beispielsweise N-Methylmorpholin N-Oxid (NMMO) sowie Stabilisatoren zur thermischen Stabilisierung der Cellulose und des Lösungsmittels sowie gegebenenfalls weitere Additive wie beispielsweise Titandioxid, Bariumasulfat, Graphit, Carboxymethylcellulosen, Polyethylenglycole, Chitin, Chitosan, Alginsäure, Polysaccharide, Farbstoffe, antibakteriell wirkende Chemikalien, Flammschutzmittel enthaltend Phosphor, Halogene oder Stickstoff, Aktivkohle, Russe oder elektrisch leitfähige Russe, Kieselsäure, organische Lösungsmittel als Verdünnungsmittel, dadurch gekennzeichnet, dass das Fluidleitungssystem mindestens zwei in Reihe schaltbare Fluidleitungsstücke (1 ) nach einem der oben genannten Ansprüche aufweist.
38. Temperierungsvorrichtung zum Einbau in ein Fluidleitungsstuck (1 ) eines modularen Fluidleitungssystems zur Durchleitung eines kristallisierenden, wärmesensitiven Arbeitsfluids wie ein synthetisches Polymer, ein Cellulosederivate sowie eine Lösung aus Cellulose, Wasser und Aminoxid, wobei das Fluidleitungsstuck (1) einen Arbeitsfluidleitungsbereich (2) aufweist, der vom Arbeitsfluid durchströmt ist, wobei die Temperierungsvorrichtung (5) ein Verbindungsmittel (12) aufweist, das mit einem Verbindungsmittel (12) einer weiteren Temperierungsvorrichtung (5) oder eines weiteren Fluidleitungsstücks (1) verbindbar ist und an dem das Fluidleitungsstuck (1) dicht befestigbar ist, und wobei die Temperierungsvorrichtung (5) die Stelle der Kernströmung des Arbeitsfluidleitungsbereiches (2) einnimmt.
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